Aparate Electrice și Electronice de Comutație și de Protecție

1. APARATE ELECTRICE ŞI ELECTRONICE DE COMUTAŢIE ŞI DE PROTECŢIE

Aparatele electrice se folosesc în toate etapele de producere, transportare, transformare, distribuţie şi utilizare a energiei electrice. Aceste aparate asigură următoarele funcţii principale:

1) de comutaţie – închiderea şi deschiderea circuitelor electrice;

2) de protecţie şi semnalizare – protejarea instalaţiilor electrice de regimuri de avarie: scurtcircuit, suprasarcină, supratensiune şi semnalizarea acestora;

3) de comandă şi reglare a acţionărilor electrice;

4) de măsură şi contorizare.

Unele dintre cele mai răspândite aparate electrice sunt releele, întrerupătoarele simple şi întrerupătoarele automate, contactoarele şi demaroarele, controlerele şi siguranţele. Aceste aparate pot avea o acţionare manuală, electromagnetică sau electronică (în forma unei amplificări). Un circuit magnetic, creat de o bobină, parcursă de curent electric, poate produce o forţă mecanică pentru deplasarea unei armături mobile relativ uşoare la o distanţă mică. Aceste aparate au ca elemente de ieşire unu sau mai multe contacte electrice. Elementele de ieşire ale releelor electronice moderne de comutaţie sunt tranzistoarele şi tiristoarele, care vor fi analizate ]n capitolul urm[tor.

1.1. Relee şi contactoare

1.1.1. Noţiuni generale despre relee şi clasificarea lor

Releele reprezintă cele mai simple aparate discrete de comutaţie a circuitelor electrice prin închiderea sau/şi deschiderea bruscă a unui sau mai multe contacte electrice şi ieşire sub acţiunea unui anumit semnal de intrare, când acesta din urmă depăşeşte o anumită valoare prescrisă. A doua funcţie principală a releelor, în afară de cea de comutaţie discretă, o constituie separarea electrică a circuitului de ieşire faţă de circuitul de intrare, care este necesară pentru a avea diferite valori ale tensiunilor şi curenţilor de intrare şi ieşire. Unele relee, de exemplu cele electrice, mai pot asigura încă o funcţie – de amplificare a semnalului de ieşire faţă de semnalul de intrare, adică pot servi ca amplificatoare .

Există o mare varietate de relee, de aceea ele se clasifică după anumite criterii. De exemplu, după tipul semnalului de intrare şi de convertire, releele pot fi:

1) relee electrice - de curent, tensiune, putere, frecvenţă s.a.

2) relee electronice – cu elemente semiconductoare şi microelectronice;

3) relee termice – cu temperatură la intrare;

4) relee magnetice, cu inducţie magnetică, flux magnetic;

5) relee pneumatice, cu acţionare sub presiunea aerului;

6) relee hidraulice, cu acţionare sub presiunea unui lichid;

7) relee mecanice (de forţă, tensionare);

8) relee optice sau fotorelee – cu flux de lumină la intrare;

9) relee tehnologice (nivelul, debitul unui lichid, concentraţia, umiditatea );

Cele mai numeroase sunt releele electrice şi electronice, care pot fi de diferite tipuri. Toate releele au la ieşire unul sau mai multe contacte electrice.

În raport cu separarea galvanică toate releele pot fi cu separare magnetică şi optică (prin flux de lumină). Acestea din urmă includ dispozitive semiconductoare – diode luminiscente şi fotodiode, tranzistoare obişnuite şi fototranzistoare, tiristoare şi fototiristoare, triacuri (tiristoare simetrice) şi altele.

Toate releele însă au doar două stări stabile de funcţionare: acţionat şi ne acţionat, trecând brusc de la o stare la alta sub acţiunea semnalului de intrare când acesta depăşeşte o anumită valoare prescrisă sau de referinţă. În caz general un releu poate avea trei elemente componente principale:

1) elementul sensibil (senzorul), care transformă mărimea de intrare într-o mărime, care poate fi comparată cu mărimea de referinţă;

2) elementul de comparaţie (de prag), care compară aceste mărimi, trecând brusc într-o stare opusă;

3) elementul de amplificare şi de execuţie, care acţionează asupra contactelor de ieşire.

Releele cu acţionare temporizată se numesc relee de timp, care pot fi, la rândul lor, de mai multe tipuri : mecanice, electromagnetice, pneumatice, electronice .

Ţinând cont de varietatea mare de relee menţionate, în continuare vor fi analizate doar câteva din ele.

1.1.2 Releele electromagnetice şi electronice

Releele şi contactoarele electromagnetice sunt cele mai simple aparate de comutaţie discretă. Elementul de intrare al lor reprezintă o bobină cilindrică, constituită dintr-un anumit număr de spire circulare, care înfăşoară un miez magnetic închis, de exemplu, dreptunghiular. Trei laturi ale acestui miez sunt fixe, iar a 4–a latură este mobilă, deoarece are construcţia unei pârghii sau a unei clapete, care poate fi atrasă fie de un resort, fie de bobină (Fig. 1.1).

Dacă bobina nu este parcursă de curent, atunci resortul atrage armatura mobilă către sine, condiţionând o deschidere a contactului electric de ieşire. În cazul conectării bobinei la o sursă de tensiune sau curent, acest curent formează un câmp (flux) magnetic , care produce o magnetizare a circuitului magnetic şi o polarizare a întrefierului , iar ca urmare - o forţă de atracţie în întrefierul circuitului magnetic:

. Fig.1.1

Dacă forţa electromagnetului depăşeşte forţa de rezistenţă a resortului , adică dacă , atunci partea mobilă este atrasă de electromagnet, ceea ce duce la micşorarea întrefierului , închiderea contactului electric de ieşire şi acţionarea releului. Un astfel de contact se numeşte contact normal – deschis (CND), care se închide în momentul acţionării releului, însă majoritatea releelor mai au unul sau mai multe contacte normal – închise (CNÎ), care se deschid la acţionarea releului. În schemele electrice bobina (circuitul de intrare) se notează printr-un dreptunghi, conectat la sursa respectivă, iar contactele CND şi CNÎ – prin simboluri respective ale unor întrerupătoare sau comutatoare bipoziţionale cu punct comun (fig. 1.2,c). Bornele bobinei se notează, de regulă, prin A1, A2.